一种优化队列时延的方法和设备技术

一种优化队列时延的方法，该方法包括：转发设备接收用于传输数据的传输报文，所述传输报文中携带所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延；所述转发设备采用所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延计算所述传输报文本次转发的容忍延迟时长，所述容忍延迟时长用于表明所述传输报文在本次转发中允许的延迟时长；根据所述容忍延迟时长确定所述传输报文的转发优先级，并根据确定出的优先级将所述传输报文加入到转发队列中。该过程中转发依据的是依据实际时延动态调整的，因此，可以实时区分出传输报文的紧迫程度。

A method and device for optimizing queue delay

A method for optimizing queue delay includes: a forwarding device receives a transmission message for transmitting data, the remaining forwarding times of the transmission message carrying the transmission message and the maximum tolerant delay of the transmission message; the forwarding device adopts the remaining forwarding times of the transmission message and the said transmission message The maximum tolerated delay of the transmission message is calculated as the tolerated delay time of the transmission message's secondary forwarding, the tolerated delay time is used to indicate the allowable delay time of the transmission message in this forwarding, the forwarding priority of the transmission message is determined according to the tolerated delay time, and the forwarding priority of the transmission message is determined according to the determined priority. The transmission message is added to the forwarding queue. In this process, the forwarding is dynamically adjusted according to the actual delay, so the urgency of the transmission message can be distinguished in real time.

【技术实现步骤摘要】
一种优化队列时延的方法和设备
本专利技术涉及云计算
，特别涉及一种优化队列时延的方法和设备。
技术介绍
工业4.0(Industry4.0)对通信的低时延特性有很高的需求。按照应用大类进行划分，工业应用可以分为过程自动化、工厂自动化和运动控制三大类。其中，过程自动化和工厂自动化的最大通信传输时延通常为几十到一百毫秒；而运动控制类应用对通信传输时延有极高的要求，例如对传输带上需要装配的组件进行流水拾取，或者对传输带上需要进行切割的组件进行翻转，如果不能精准控制机械臂运作的时机，将对生产造成不可预估的损失，因此运动控制类应用要求的最大通信传输时延通常小于一微秒，极端情况下甚至要求通信传输时延不大于250微秒。得益于以太网(EthernetNetwork)具有的高速性、灵活性、易于维护并有较好的可靠性等优点，工业以太网(IndustrialEthernet)在工业4.0中逐渐得到了广泛应用。在以太交换网络中，通信时延通常由端口接收和发送时延“Lsf”、转发平面时延“Lfb”、信号线缆时延“Lwl”和队列时延“Lq”这四个部分组成。通常情况下，端口接收和发送时延“Lsf”、转发平面时延“Lfb”、信号线缆时延“Lwl”这三者数值和变化范围并不大；但是队列时延“Lq”由于受到数据流量变化的影响，为时延引入了非确定因素，是造成网络时延的重要原因。因此，要降低应用端到端的时延，必须有效解决队列时延“Lq”问题。现有技术中，为了减少队列时延“Lq”，报文通常被加上优先级等信息，在排队中依据优先级和流分类等策略进行转发。例如，在IEEE802.1Q协议中，以太帧中被加入了表示优先级的Priority字段。该字段长度3bit，取值范围从0-7，表示以太帧的优先级，一般是在网络拥塞时QoS中使用，保证高优先级的报文优先转发。然而，现有技术中的优先级是预配置的，在整个传输过程中是静态的，无法区分不同时刻报文的急迫性。图1给出了优先级无法有效解决报文转发急迫性的一个简单例子。报文P1，P2优先级相等；T2时刻，P1与P2同时到达转发节点3进行排队，此时P1距离产生已经过一段时间，而P2则刚刚产生；转发节点3仅仅通过优先级无法分辨P1和P2哪个更加急迫。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种优化队列时延的方法和设备，以解决现有技术中无法区分报文的实时紧迫程度的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术实施例提供了一种优化队列时延的方法，该方法由在源端设备和目的设备间做报文转发的转发设备执行，在该方法中，该转发设备接收用于传输数据的传输报文，所述传输报文中携带所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延，然后采用所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延计算所述传输报文本次转发的容忍延迟时长，所述容忍延迟时长用于表明所述传输报文在本次转发中允许的延迟时长，之后，该转发设备根据所述容忍延迟时长确定所述所述传输报文的转发优先级，并根据确定出的优先级将所述传输报文加入到转发队列中。在上述实施例中，通过在传输报文中携带剩余转发次数以及最大容忍时延，使得转发设备可以依据转发次数以及最大容忍时延计算出传输报文实时的容忍延迟时长，从而依据该容忍延迟时长来确定该传输报文的转发优先级。本方案有别于传统的优先级设定，转发优先级依照时间实时确定，粒度更细，无需预配置，实施简单。与传统的时延限制方法设置一个静态的时延不同，本方案根据报文转发中遇到的各类实际时延，对报文在每一次转发中的转发紧迫程度进行了动态调整和分配，实现了对每一次转发依据的精确和动态的控制。在一种可能的设计中，所述采用所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延计算所述传输报文本次转发的容忍延迟时长可以通过以下方式实现：将所述传输报文的最大容忍时延减去转发平面时延，得到剩余容忍时延；其中，所述转发平面时延由所述传输报文到达所述转发设备的出端口的时间减去所述传输报文到达所述转发设备的入端口的时间得到；将所述剩余容忍时延除以所述传输报文的剩余转发次数得到所述容忍延迟时长。本方案通过给报文增加时间和剩余转发次数，当报文到达特定节点时更新报文剩余转发次数和剩余时间，动态减去每次转发平面时延，然后平均分配剩余每一次转发的容忍时间，得到本次查找和转发的最大容忍延迟。该过程中转发依据的是依据实际时延动态调整的，因此，可以实时区分出传输报文的紧迫程度。在一种可能的设计中，该方法还可以进一步包括如下步骤：所述转发设备在接收到所述传输报文后，在所述传输报文中增加临时时间戳字段，并将所述传输报文到达所述转发设备的入端口的时间记录在所述临时时间戳字段中；在所述传输报文到达所述转发设备的出端口时，所述转发设备用所述传输报文到达所述出端口的时间减去所述临时时间戳字段中记录的时间得到所述转发平面时延，并将所述临时时间戳字段中记录的时间更新为所述传输报文到达所述出端口的时间。在一种可能的设计中，当所述转发设备从转发队列中取出所述传输报文进行转发时，删除所述传输报文中的临时时间戳字段。通过将临时时间戳字段删除，可以减小报文的长度，节省网络资源。在一种可能的设计中，所述根据所述容忍延迟时长确定所述所述传输报文的转发优先级，具体包括：所述转发设备将所述容忍延迟时长加上所述传输报文到达所述转发设备的出端口的时间作为所述传输报文的转发依据，所述转发依据用于指示所述传输报文的最晚转发时间；通过比较所述传输报文的转发依据与其它传输报文的转发依据来确定出所述传输报文的优先级。在一种可能的设计中，可以通过如下两种方式实现通过比较所述传输报文的转发依据与其它传输报文的转发依据来确定出所述传输报文的优先级：方式一：比较所述传输报文的最晚转发时间与其它待入队的传输报文的最晚转发时间，按照最晚转发时间由早到晚，优先级依次降低；相应的，所述根据确定出的优先级将所述传输报文加入到转发队列中，具体包括：按照优先级由高到低的顺序，将所述传输报文和其它待入队的传输报文依次加入到所述转发队列的队尾；方式二：比较所述传输报文的最晚转发时间与所述转发队列中已存在的传输报文的最晚转发时间，最晚转发时间越早，优先级越高；相应的，所述根据确定出的优先级将所述传输报文加入到转发队列中，具体包括：根据优先级又高到低的顺序，确定所述传输报文在所述转发队列中的位置，将所述传输报文插入到所述位置。在一种可能的设计中，在比较所述传输报文的转发依据与队列中已存在的其它传输报文的转发依据之前，该方法还进一步包括如下步骤：确定所述传输报文的容忍延迟时长所在的时间段；以所述容忍延迟时长所在的时间段对应的队列段中的传输报文作为与所述传输报文比较的传输报文，所述队列段是按时间对所述转发队列中的传输报文进行划分得到的。在一种可能的设计中，当所述转发设备从转发队列中取出所述传输报文进行转发时，所述转发设备从所述最大容忍时延中扣除在本设备中产生的时延得到新的最大容忍时延，采用所述新的最大容忍时延更新所述传输报文中的最大容忍时延。又一方面，本专利技术实施例提供了一种优化队列时延的方法，该方法由在源端设备和目的设备间进行报文传输的源端设备执行，在该方法中，该源端设备通过向目的设备发送经由转发设备转发的控制报文测试从所述源端设备到所述目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化队列时延的方法，其特征在于，应用于在源设备和目的设备间做报文转发的转发设备中，所述方法包括：所述转发设备接收用于传输数据的传输报文，所述传输报文中携带所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延；所述转发设备采用所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延计算所述传输报文本次转发的容忍延迟时长，所述容忍延迟时长用于表明所述传输报文在本次转发中允许的延迟时长；根据所述容忍延迟时长确定所述所述传输报文的转发优先级，并根据确定出的优先级将所述传输报文加入到转发队列中。

【技术特征摘要】
1.一种优化队列时延的方法，其特征在于，应用于在源设备和目的设备间做报文转发的转发设备中，所述方法包括：所述转发设备接收用于传输数据的传输报文，所述传输报文中携带所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延；所述转发设备采用所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延计算所述传输报文本次转发的容忍延迟时长，所述容忍延迟时长用于表明所述传输报文在本次转发中允许的延迟时长；根据所述容忍延迟时长确定所述所述传输报文的转发优先级，并根据确定出的优先级将所述传输报文加入到转发队列中。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延计算所述传输报文本次转发的容忍延迟时长，具体包括：将所述传输报文的最大容忍时延减去转发平面时延，得到剩余容忍时延；其中，所述转发平面时延由所述传输报文到达所述转发设备的出端口的时间减去所述传输报文到达所述转发设备的入端口的时间得到；将所述剩余容忍时延除以所述传输报文的剩余转发次数得到所述容忍延迟时长。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述转发设备在接收到所述传输报文后，在所述传输报文中增加临时时间戳字段，并将所述传输报文到达所述转发设备的入端口的时间记录在所述临时时间戳字段中；在所述传输报文到达所述转发设备的出端口时，所述转发设备用所述传输报文到达所述出端口的时间减去所述临时时间戳字段中记录的时间得到所述转发平面时延，并将所述临时时间戳字段中记录的时间更新为所述传输报文到达所述出端口的时间。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述传输设备从转发队列中取出所述传输报文进行转发时，删除所述传输报文中的临时时间戳字段。5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在计算出所述传输报文本次转发的容忍延迟时长后，将所述传输报文的剩余转发次数减1。6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述容忍延迟时长确定所述传输报文的转发优先级，具体包括：所述转发设备将所述容忍延迟时长加上所述传输报文到达所述转发设备的出端口的时间作为所述传输报文的转发依据，所述转发依据用于指示所述传输报文的最晚转发时间；通过比较所述传输报文的转发依据与其它传输报文的转发依据来确定出所述传输报文的优先级。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过比较所述传输报文的转发依据与其它传输报文的转发依据来确定出所述传输报文的优先级，具体包括：比较所述传输报文的最晚转发时间与其它待入队的传输报文的最晚转发时间，按照最晚转发时间由早到晚，优先级依次降低；所述根据确定出的优先级将所述传输报文加入到转发队列中，具体包括：按照优先级由高到低的顺序，将所述传输报文和其它待入队的传输报文依次加入到所述转发队列的队尾。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过比较所述传输报文的转发依据与其它传输报文的转发依据来确定出所述传输报文的优先级，具体包括：比较所述传输报文的最晚转发时间与所述转发队列中已存在的传输报文的最晚转发时间，最晚转发时间越早，优先级越高；所述根据确定出的优先级将所述传输报文加入到转发队列中，具体包括：根据优先级由高到低的顺序，确定所述传输报文在所述转发队列中的位置，将所述传输报文插入到所述位置。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在比较所述传输报文的转发依据与队列中已存在的其它传输报文的转发依据之前，所述方法还包括：确定所述传输报文的容忍延迟时长所在的时间段；以所述容忍延迟时长所在的时间段对应的队列段中的传输报文作为与所述传输报文比较的传输报文，所述队列段是按时间对所述转发队列中的传输报文进行划分得到的。10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述转发设备从转发队列中取出所述传输报文进行转发时，传输设备从所述最大容忍时延中扣除在本设备中产生的时延得到新的最大容忍时延，采用所述新的最大容忍时延更新所述传输报文中的最大容忍时延。11.一种优化队列时延的方法，其特征在于，所述方法包括：源端设备通过向目的设备发送经由转发设备转发的控制报文测试从所述源端设备到所述目的设备的转发次数以及线缆时延；所述源端设备将应用要求的最大时延减去所述线缆时延得到发送传输报文的最大容忍时延；所述源端设备向所述目的设备发送传输数据的传输报文，并将测试出的所述转发次数作为所述传输报文的剩余传输次数携带在所述传输报文中，以及将所述最大容忍时延携带在所述传输报文中；所述剩余传输次数以及最大容忍时间用于确定所述传输报文在转发设备中的容忍延迟时长。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述源端设备向所述目的设备发送传输数据的传输报文后，所述方法还包括：当所述源端设备接收到指示转发路径异常的指示消息时，所述源端设备再次从所述向目的设备发送经由转发设备转发的控制报文的步骤开始执行。13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述源端设备通过向目的设备发送经由转发设备转发的控制报文测试从所述源端设备到所述目的设备的转发次数以及线缆时延，具体包括：源端设备向目的设备发送报文类型为控制类型的控制报文，所述控制报文中携带记录转发次数的字段以及记录线缆时延的字段；所述控制报文经由所述转发设备转发至所述目的设备，并且在每次转发过程中对所述转发次数以及线缆时延进行累加；所述源端设备接收所述目的设备发回的累加后的所述记录转发次数的字段中的值以及所述记录线缆时延的字段中的值；所述源端设备基于所述记录转发次数的字段中的值以及所述记录线缆时延的字段中的值得到从所述源端设备到所述目的设备的转发次数以及线缆时延。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述控制报文中携带记录转发次数的字段的初始值为0；所述在每次转发过程中对所述转发次数进行累加，具体包括：所述控制报文每到达一个转发设备以及到达所述目的设备，所述转发次数加1。15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述控制报文中携带所述记录线缆时延的字段的初始值为0，在所述控制报文从所述源端设备发出时，将所述记录线缆时延的字段的值减去所述控制报文发出时的系统时间；在每次转发过程中对所述线缆时延进行累加，具体包括：所述控制报文每到达一个转发设备的入端口以及到达所述目的设备的入端口时，将所述记录线缆时延的字段中的值加上到达所述入端口时的系统时间，并在每次从所述转发设备的出端口发出时，将所述记录线缆时延的字段中的值减去从所述出端口发出时的系统时间。16.一种转发设备，应用于在源端设备和目的设备间做报文转发，其特征在于，所述转发设备包括：接收单元，用于接收用于传输数据的传输报文，所述传输报文中携带所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延；处理单元，用于采用所述传输报文的剩余转发次数以及所述传输报文的最大容忍时延计算所述传输报文本次转发的容忍延迟时长，所述容忍延迟时长用于表明所述传输报文在本次转发中允许的延迟时长，根据所述容忍延迟时长确定所述所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙超，杨佩林，王浩，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44